串行通信協(xié)議詳解 UART IIC SPI 串口-I2C-SPI協(xié)議區(qū)分對比 保姆級解說教程_嗶哩嗶哩_bilibili

以上視頻詳細介紹了三者的特點和工作情況

我們也可以看一下，UART、IIC和SPI對比表

UART其實也是可以進行多設備通信窄做。在多設備通信時佃迄，需要使用分時復用技術(shù)或者基于協(xié)議的多點通信技術(shù)。其中分時復用技術(shù)將多個設備連接到同一串口构诚，通過在不同時間間隔內(nèi)交替發(fā)送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)多設備通信蚌斩；而基于協(xié)議的多點通信技術(shù)則使用特定的通信協(xié)議來允許多個設備連接到同一串口進行通信。因此范嘱，在選擇通信協(xié)議時送膳，需要考慮實際應用需求以及硬件和軟件資源的限制。

6個demo

以下我用51單片機和STM32單片機分別做了6個demo丑蛤，僅供參考

UART叠聋，51版本

這個程序使用定時器1控制串口通信的波特率，其中FREQ和BAUD分別表示單片機的工作頻率和波特率受裹。在初始化函數(shù)init_serial()中碌补，將定時器1配置為模式2，并計算出需要設定的初值棉饶，然后啟動定時器1厦章。同時，將串口配置為模式1照藻，允許接收袜啃，開啟串口中斷并開啟總中斷。在串口中斷處理函數(shù)serial_interrupt()中幸缕，處理接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送下一條數(shù)據(jù)群发。主循環(huán)中可以進行其他任務的處理。注意发乔，需要根據(jù)實際的硬件接口來配置串口相關(guān)的引腳和波特率等參數(shù)熟妓。

#include<reg52.h>

#define FREQ 11059200 // 單片機工作頻率
#define BAUD 9600 // 波特率

void init_serial() {
  TMOD &= 0x0F;
  TMOD |= 0x20; // 定時器1工作在模式2
  TH1 = 256 - FREQ / (BAUD * 32);
  TR1 = 1; // 啟動定時器1
  SCON = 0x50; // 串口工作在模式1，允許接收
  ES = 1; // 開啟串口中斷
  EA = 1; // 開啟總中斷
}

void serial_interrupt() interrupt 4 {
  if (RI) {
    RI = 0; // 清除接收中斷標志
    // 處理接收到的數(shù)據(jù)
    // ...
  }
  if (TI) {
    TI = 0; // 清除發(fā)送中斷標志
    // 發(fā)送下一條數(shù)據(jù)
    // ...
  }
}

void main() {
  init_serial();
  // 主循環(huán)
  while(1) {
    // ...
  }
}

UART列疗，STM32版本

這個程序使用USART1控制串口通信的波特率滑蚯，其中FREQ和BAUD分別表示單片機的工作頻率和波特率。在初始化函數(shù)init_serial()中，先使能USART1和GPIOA的時鐘告材，然后配置PA9為復用推挽輸出模式坤次，PA10為浮空輸入模式。接著斥赋，配置USART1的參數(shù)缰猴，包括波特率、字長疤剑、停止位滑绒、校驗位等等，并使能USART1隘膘。發(fā)送一個字節(jié)時疑故，先等待發(fā)送緩沖區(qū)為空，然后調(diào)用USART_SendData()發(fā)送一個字節(jié)弯菊。接收一個字節(jié)時纵势，先等待接收緩沖區(qū)非空，然后調(diào)用USART_ReceiveData()讀取一個字節(jié)管钳。

STm32F103單片機控制串口通信的簡單程序钦铁，波特率為9600：

#include "stm32f10x.h"

#define FREQ 72000000 // 單片機工作頻率
#define BAUD 9600 // 波特率

void init_serial() {
  // 使能USART1和GPIOA的時鐘
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

  // 配置PA9為復用推挽輸出模式，PA10為浮空輸入模式
  GPIO_InitTypeDef gpio_init;
  gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  gpio_init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init);

  gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
  gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init);

  // 配置USART1的參數(shù)
  USART_InitTypeDef usart_init;
  usart_init.USART_BaudRate = BAUD;
  usart_init.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
  usart_init.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
  usart_init.USART_Parity = USART_Parity_No;
  usart_init.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
  usart_init.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
  USART_Init(USART1, &usart_init);

  // 使能USART1
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void send_byte(uint8_t byte) {
  // 等待發(fā)送緩沖區(qū)為空
  while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
  // 發(fā)送一個字節(jié)
  USART_SendData(USART1, byte);
}

uint8_t receive_byte() {
  // 等待接收緩沖區(qū)非空
  while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
  // 讀取一個字節(jié)
  return USART_ReceiveData(USART1);
}

int main() {
  init_serial();
  // 主循環(huán)
  while(1) {
    // 發(fā)送數(shù)據(jù)
    send_byte(0x55);
    // 接收數(shù)據(jù)
    uint8_t received = receive_byte();
    // 處理接收到的數(shù)據(jù)
    // ...
  }
  return 0;
}

IIC才漆，51單片機

這個程序使用P1_0和P1_1分別控制I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL牛曹。在初始化函數(shù)init_i2c()中，先將SDA和SCL置為高電平醇滥。發(fā)送起始信號時黎比，將SDA置為高電平，SCL置為高電平腺办，等待一段時間焰手，然后將SDA置為低電平，等待一段時間后再將SC置為低電平怀喉，以此來發(fā)送起始信號书妻。發(fā)送停止信號時，先將SDA置為低電平躬拢，SCL置為高電平躲履，等待一段時間，然后將SDA置為高電平聊闯，等待一段時間后再將SCL置為高電平工猜，以此來發(fā)送停止信號。

發(fā)送一個字節(jié)時菱蔬，將字節(jié)的每一位從高位到低位依次寫入SDA篷帅，然后將SCL置為高電平史侣，等待一段時間，再將SCL置為低電平魏身，等待一段時間后將字節(jié)向左移位惊橱。寫入字節(jié)的同時，可以將ACK信號讀取出來箭昵，ACK為0表示接收到數(shù)據(jù)税朴，ACK為1表示接收數(shù)據(jù)出現(xiàn)了錯誤。

讀取一個字節(jié)時家制，先將SDA置為高電平正林，然后從高位到低位依次讀取SDA上的數(shù)據(jù)，并將它們組成一個字節(jié)颤殴，最后向左移位觅廓。在讀取每一位數(shù)據(jù)時，先將SCL置為高電平诅病，等待一段時間后再將SCL置為低電平哪亿，等待一段時間后再讀取SDA上的數(shù)據(jù)。最后贤笆，將ACK或NAK信號寫入SDA，然后再將SCL置為高電平讨阻，等待一段時間后再將SCL置為低電平芥永，以此來發(fā)送ACK或NAK信號。

注意钝吮，在每次讀取和寫入數(shù)據(jù)之前埋涧，都需要發(fā)送起始信號。這里給出的是一個簡單的I2C通信程序奇瘦，可以根據(jù)具體的應用需求進行修改和擴展棘催。

#include <reg51.h>

#define FREQ 11059200 // 單片機工作頻率
#define SDA P1_0 // I2C數(shù)據(jù)線
#define SCL P1_1 // I2C時鐘線

void delay_us(unsigned int t) {
  while (t--) {
    /* 空循環(huán) */
  }
}

void start_i2c() {
  SDA = 1;
  SCL = 1;
  delay_us(5);
  SDA = 0;
  delay_us(5);
  SCL = 0;
}

void stop_i2c() {
  SDA = 0;
  SCL = 1;
  delay_us(5);
  SDA = 1;
  delay_us(5);
}

unsigned char write_byte(unsigned char byte) {
  unsigned char ack;
  unsigned char i;
  for (i = 0; i < 8; i++) {
    if (byte & 0x80) {
      SDA = 1;
    } else {
      SDA = 0;
    }
    SCL = 1;
    delay_us(5);
    SCL = 0;
    byte <<= 1;
  }
  SDA = 1;
  SCL = 1;
  delay_us(5);
  ack = SDA;
  SCL = 0;
  return ack;
}

unsigned char read_byte(unsigned char ack) {
  unsigned char byte = 0;
  unsigned char i;
  SDA = 1;
  for (i = 0; i < 8; i++) {
    byte <<= 1;
    SCL = 1;
    delay_us(5);
    if (SDA) {
      byte |= 0x01;
    }
    SCL = 0;
  }
  if (ack) {
    SDA = 0;
  } else {
    SDA = 1;
  }
  SCL = 1;
  delay_us(5);
  SCL = 0;
  SDA = 1;
  return byte;
}

void init_i2c() {
  SDA = 1;
  SCL = 1;
  delay_us(5);
}

int main() {
  init_i2c();
  start_i2c();
  write_byte(0xA0); // 寫器件地址
  write_byte(0x00); // 寫寄存器地址
  write_byte(0x55); // 寫數(shù)據(jù)
  stop_i2c();
  start_i2c();
  write_byte(0xA0); // 寫器件地址
  write_byte(0x00); // 寫寄存器地址
  start_i2c();
  write_byte(0xA1); // 讀器件地址
  unsigned char data = read_byte(0); // 讀數(shù)據(jù)
  stop_i2c();
  return 0;
}

IIC，STM32單片機

以下是一個簡單的I2C通信程序耳标，使用STM32 HAL庫來實現(xiàn)醇坝。這個程序可以向I2C設備發(fā)送數(shù)據(jù)，并從I2C設備讀取數(shù)據(jù)次坡。
首先需要在STM32的CubeMX中配置I2C外設呼猪，并將其設置為主機模式。在代碼中砸琅，使用了默認的I2C1外設宋距。

#include "main.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();

  uint8_t data_to_send = 0xAA;  // 要發(fā)送的數(shù)據(jù)
  uint8_t data_received;        // 接收到的數(shù)據(jù)

  while (1)
  {
    // 發(fā)送數(shù)據(jù)
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0x50, &data_to_send, 1, 1000);

    // 等待一段時間
    HAL_Delay(100);

    // 讀取數(shù)據(jù)
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, 0x50, &data_received, 1, 1000);
    …………
  }
}

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_I2C1_Init(void)
{
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

SPI，51單片機

下面是一個簡單的SPI程序示例症脂，使用51單片機的SPI接口與一個SPI設備進行通信谚赎。假設單片機時鐘頻率為12MHz淫僻，SPI時鐘頻率為1MHz，SPI設備的CS引腳接在P1.4上壶唤，發(fā)送的數(shù)據(jù)為0x55嘁傀，接收的數(shù)據(jù)存儲在一個變量中：

在這個程序中，首先使用SPI_Init函數(shù)初始化SPI接口视粮，設置了波特率為1MHz细办，時鐘極性為低電平，時鐘相位為第一邊沿蕾殴，SPI時鐘分頻為4笑撞，主機模式。然后在主函數(shù)中钓觉，使用SPI_Transfer函數(shù)向SPI設備發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)茴肥，同時接收從設備返回的數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)存儲在一個變量中荡灾。在SPI_Transfer函數(shù)中瓤狐，首先選中SPI設備（即拉低CS引腳），然后通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)批幌，等待發(fā)送和接收完成础锐，并取消SPI設備的選中狀態(tài)，最后返回接收到的數(shù)據(jù)荧缘。

需要注意的是皆警，這個程序僅發(fā)送和接收了一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果需要發(fā)送更多的數(shù)據(jù)截粗，可以通過循環(huán)調(diào)用SPI_Transfer函數(shù)來完成信姓。此外，程序中的波特率和SPI時鐘分頻需要根據(jù)具體應用需要進行調(diào)整绸罗，還需要根據(jù)實際連接的SPI設備的時鐘特性進行調(diào)整意推。

#include <reg52.h>

sbit CS = P1^4;  // 定義CS引腳

void SPI_Init(void)
{
  TMOD = 0x00;  // 配置為模式0，同時清除定時器/計數(shù)器的設置
  SCON = 0x50;  // 配置為模式1
  PCON |= 0x80; // 將SMOD置1珊蟀，使串口波特率翻倍
  TH1 = 0xFA;   // 設置波特率為9600bps
  TL1 = 0xFA;
  TR1 = 1;      // 啟動定時器/計數(shù)器1
  ES = 0;       // 禁止串口中斷
  SS = 1;       // 禁止從機模式
  CPHA = 0;     // 時鐘極性為低電平
  CPOL = 0;     // 時鐘相位為第一邊沿
  SPR1 = 0;     // 設置SPI時鐘分頻為4
  SPR0 = 0;
  MSTR = 1;     // 主機模式
  SPIEN = 1;    // 啟動SPI
}

unsigned char SPI_Transfer(unsigned char data)
{
  CS = 0;       // 選中SPI設備
  SBUF = data;  // 發(fā)送數(shù)據(jù)
  while(!TI);   // 等待發(fā)送完成
  TI = 0;
  ……
  }

SPI菊值，STM32單片機

使用STM32單片機的SPI接口與一個SPI設備進行通信。假設單片機時鐘頻率為72MHz系洛，SPI時鐘頻率為1MHz俊性，SPI設備的CS引腳接在PA4上，發(fā)送的數(shù)據(jù)為0x55描扯，接收的數(shù)據(jù)存儲在一個變量中：

在這個程序中定页，首先使用SPI_Init函數(shù)初始化SPI接口，設置了SPI模式為主機模式绽诚，數(shù)據(jù)傳輸大小為8位典徊，時鐘極性為低電平杭煎，時鐘相位為第一邊沿，SPI時鐘分頻為32卒落。然后在主函數(shù)中羡铲，使用SPI_Transfer函數(shù)向SPI設備發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，同時接收從設備返回的數(shù)據(jù)儡毕，并將接收到的數(shù)據(jù)存儲在一個變量中也切。在SPI_Transfer函數(shù)中，首先選中SPI設備（即拉低CS引腳）腰湾，然后通過HAL庫的HAL_SPI_TransmitReceive函數(shù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)雷恃，并取消SPI設備的選中狀態(tài)，最后返回接收到的數(shù)據(jù)费坊。

需要注意的是倒槐，這個程序僅發(fā)送和接收了一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果需要發(fā)送更多的數(shù)據(jù)附井，可以通過循環(huán)調(diào)用SPI_Transfer函數(shù)來完成讨越。此外，程序中的SPI時鐘分頻需要根據(jù)實際連接的SPI設備的時鐘特性進行調(diào)整永毅。

#include "stm32f1xx_hal.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SPI_Init(void)
{
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_32;
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
  HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

unsigned char SPI_Transfer(unsigned char data)
{
  unsigned char recv_data;
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &data, &recv_data, 1, 100);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);
  return recv_data;
}

int main(void)
{
  unsigned char data;
  HAL_Init();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  SPI_Init();
  data = SPI_Transfer(0x55);
  while (1)
  {
  ………………
  }
}